100A并联型有源电力滤波器的研究与实现

随着电力系统中非线性负载和各种电力电子设备的大量增加,日趋严重的谐波污染对电能的利用以及其它设备的安全运行造成了很大的危害。有源电力滤波器(APF)是综合治理电网污染最有效的手段之一,能动态抑制谐波和补偿无功,具有良好的应用前景。而其中的并联型APF在目前的应用中最为广泛,成为人们研究的热点。在我国,APF的研究起步较晚,在装置的开发应用方面比较落后,因此进行APF的研究和开发具有重要意义。 本文选择三相三线制并联型APF作为研究对象,首先阐述了其基本工作原理,分析了主电路拓扑结构,并建立了d-q同步旋转坐标系下的数学模型。然后,详细地分析了三相电路瞬时无功功率理论,并对基于该理论的p-q谐波检测法及ip-iq谐波检测法进行理论分析和比较,确定了本APF实验样机的ip-iq谐波检测方案。此外,为有效提高本APF样机的稳态补偿性能和动态实时跟踪性能,根据其补偿的谐波电流的周期重复性特点,提出了一套适合本APF样机的PI-重复控制的电流控制方案。其中重复控制器用来提高系统的稳态精度,PI控制器则保证了系统的动态响应速度,并对复合控制器进行了详细的设计和推导,通过仿真验证了PI-重复控制策略的正确性与有效性。接着,本文对100A并联型APF的硬件电路和软件程序进行了详细的分析和设计,硬件设计包括各元器件的选型及参数计算,确定了一套以DSP+FPGA为核心的数字化控制方案,该方案采用TMS320F28335DSP芯片作为主控制器,外加FPGA单元做PWM信号调制及IGBT的故障保护,软件设计包括主程序及中断服务子程序的分析,并给出了详细的程序设计流程图。最后,研制了一台100A三相三线制并联型APF实验样机,并进行了谐波补偿实验,实验结果表明补偿后的电网电流波形得到明显改善,验证了整个设计方案的可行性和本APF实验样机的有效性。